Статья: Влияние известкования при разных системах удобрения на качественный состав гумуса серой лесной почвы

Влияние известкования при разных системах удобрения на качественный состав гумуса серой лесной почвы

Н.А. Ткаченко, В.Н. Шкляр

ННЦ "Институт земледелия НААН"

Введение

Гумус, который является источником для поддержания биохимических процессов, происходящих в почве, является основным показателем его потенциального плодородия. Содержание общего гумуса и его качественный состав в пахотных почвах Лесостепи зависят в значительной степени от применяемых агротехнических мероприятий, которые нередко ведут к деградации пахотного слоя.

Большое значение в процессах превращения органических веществ на кислых почвах имеет кальций, присутствующий в почвенном поглощающем комплексе. Исследования [1-3] свидетельствуют о том, что влияние известкования на содержание органического вещества и его трансформацию происходит в двух противоположно направленных направлениях. Во-первых, известкование кислых почв улучшает условия жизнедеятельности микроорганизмов и ускоряет разложение некоторых относительно малоустойчивых составляющих почвенного гумуса и тем самым способствует снижению содержания гумуса в почве. С другой стороны, известкование, значительно улучшая развитие сельскохозяйственных растений, увеличивает количество корневых и пожнивных остатков, что остаются в почве, способствует сохранению гумусовых веществ в виде гуматов кальция и других, более сложных органо-минеральных соединений. Итоговым результатом этих двух процессов, в зависимости от конкретных почвенных условий, а также биологических особенностей возделываемых культур, может быть как некоторое небольшое снижение, так и повышение содержания гумуса в почве.

Большинство исследователей ненасыщенных основаниями почв считает, что кальций извести способствует улучшению качества гумуса и замедляет процессы его минерализации, обеспечивает благоприятные условия для разложения растительных остатков и их гумификации, а также предотвращает вымывание гумуса за пределы почвенного профиля. Оптимизация реакции почвенного раствора и наличие свободных карбонатов кальция способствует уменьшению содержания подвижных гуминовых кислот за счет увеличения второй фракции, связанной с кальцием. Таким образом, применение кальцийсодержащих мелиорантов не только способствует оптимизации кислотности и соотношения обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе, но и улучшает гумусное состояние пахотных почв [4-6].

Установлено, что CaCO₃ в кислой среде способствует ускорению гумификации и минерализации сырой органической массы, замедляет процессы минерализации почвенного гумуса. Однако даже в условиях дефицита свежего органического вещества, кальций извести способствует снижению темпов минерализации гумуса [7, 8].

Окультуривание почв приводит к повышению содержания активного коллоидного гумуса, особенно в пахотных слоях почвы. Повышение количества подвижного гумуса в пахотных серых лесных почвах указывает на необходимость систематического использования кальцийсодержащих соединений для насыщения коллоидного комплекса этих почв обменным кальцием и закрепления гумуса. Благодаря известкованию доля углерода подвижных гуминовых кислот в составе его общего содержания в почве уменьшается, что свидетельствует о его большом значении для сохранения запасов гумуса за счет улучшения его качественного состава, в результате чего снижаются потери, связанные с инфильтрацией [9-11].

Цель работы - установить влияние химической мелиорации при различных системах удобрения в севообороте на изменение содержания подвижных гуминовых кислот в пахотном и подпахотном слоях серых лесных почв Правобережной центральной высокой провинции Лесостепи Украины.

Объекты и методы исследований

Исследования проводились в 2013-2015 гг. в ННЦ "Институт земледелия НААН". Стационарный опыт, был заложен в 1992 г. на серой лесной крупнопылевато легкосуглинистой почве. Исходные показатели параметров плодородия почвы (0-20 см): общее содержание гумуса - 1,44%, рН_KCl - 4,6, гидролитическая кислотность - 3,6 мг-экв/100 г почвы, обменные кальций и магний - соответственно 3,9 и 0,58 мг-экв/100 г почвы. Опыт ведется в трех полях семипильного севооборота и включает следующий набор культур: соя, пшеница яровая, гречка, ячмень с подсевом клевера, клевер на зеленый корм (второй укос на сидераты), пшеница озимая, просо. В годы исследований выращивались соя, пшеница яровая, гречка. Схема опыта включает комбинации различных доз минерального и органического удобрения и химической мелиорации. Органические удобрения вносили соответственно полученной урожайности в опытных вариантах в виде побочной продукции предшественника (солома сои и зерновых культур - 3-6 т/га) и сидерата (зеленая масса клевера - 18-22 т/га). Известкование проведено в 1992 г. и повторно перед началом III ротации севооборота по величине гидролитической кислотности полной дозой в количестве - 4,4-5,4 т/га CaCO₃ и 1,5 дозы - 7,3 т/га CaCO₃. Минеральные удобрения вносили из расчета N₅₂P₂₈K₅₂ (одинарная доза), N₇₈P₄₂K₇₈ (умеренная доза) и N₁₀₄P₅₆K₁₀₄ (повышенная доза) на 1 га севооборотной площади. Фосфорные и калийные удобрения вносили под зяблевую вспашку, азотные весной под предпосевную обработку почвы и подкормку. Повторность опыта 4-разовая, площадь посевного участка - 60 м² (10 Ч 6), учетного - 24 м² (6 Ч 4). Аналитические работы выполнялись в лаборатории агропочвоведения ННЦ "ИЗ НААН Украины" по следующим методам: общее содержание гумуса - по методу И.В. Тюрина в модификации В.М. Симакова, сжигание - по Б.А. Никитиным (ДСТУ 4289: 2004); содержание подвижных гуминовых кислот - по методу И.В. Тюрина в модификации ВИУА.

Результаты исследований и их обсуждение

Изучение качественного состава гумуса серой лесной крупнопылевато легкосуглинистой почвы показало, что известкование и систематическое внесение удобрений оказывают существенное влияние на содержание подвижных гуминовых кислот.

Результаты исследований (табл.1) свидетельствуют, что содержание подвижных гуминовых кислот при использовании серой лесной почвы для выращивания сельскохозяйственных культур без внесения удобрений и проведения химической мелиорации составляло в пахотном слое почвы от 18,7 до 20,6% от общего содержания углерода в почве. Колебания содержания подвижных гуминовых кислот на всех вариантах за годы проведенных исследований связаны, как с ежегодной сменой выращиваемых культур в опыте, так и с погодными условиями.

Так, как пожнивные и корневые остатки различных культур отличаются по химическому составу, то интенсивность и направление их трансформации разные, а погодные условия влияя на окислительно-восстановительные реакции в почве определяют условия гумусоутворення каждого отдельного года. В условиях периодически промывного водного режима в серых лесных почвах трансформация растительных остатков происходит при кислой реакции почвенного раствора (показатель pH_KCl в контрольном варианте в годы проведения исследований составлял в слое почвы 0-20 см - 4,4-4,6, 20-40 см - 4,5-4,6) и низком содержании обменного кальция (соответственно 3,1-3,6 и 2,9-3,3 мг-экв/100 г почвы) в почвенном поглощающем комплексе, что приводит к образованию гумуса в форме более простых по химическому строению гуминовых кислот первой фракции (по Тюрину), которые могут вымываться за пределы пахотного слоя.

химическая мелиорация гуминовая кислота

Таблица 1. Влияние известкования на содержание подвижных гуминовых кислот в серой лесной почве при разных системах удобрения, 0-20 см

Примечание:

1) CaCO₃ внесено в виде дефеката в 2005 г.;

2) сидерат припахано в год выращивания клевера - 2010 г.

В варианте с применением только минеральных удобрений в одинарной дозе содержание подвижных гуминовых кислот было ниже, чем в контрольном варианте и составило в среднем 17,7% от общего содержания углерода. Уменьшение содержания данной фракции гуминовых кислот можно объяснить ростом урожайности выращиваемых культур на 31% по сравнению с контролем, в результате чего в почве остается большее количество растительных остатков, которые при минерализации обогащают почву кальцием. Содержание обменного кальция в данном варианте колебался от 3,5 до 3,7 мг-экв/100 г почвы в пахотном слое.

Установлено, что кальций извести снижая кислотность почвы и насыщая его почвенный поглощающий комплекс обменным кальцием положительно влияет на условия гумификации растительных остатков и способствует закреплению вновь образованых гумусовых соединений в форме нерастворимых гуматов кальция. Так, во всех вариантах опыта, где проводили химическую мелиорацию произошло снижение содержания подвижных гуминовых кислот. В варианте, где проводили известкование полной дозой по гидролитической кислотности содержание гуминовых кислот первой фракции колебалось от 16,1 до 16,9%, что в среднем на 16% ниже, чем в контрольном варианте без внесения удобрений.

Применение минеральных удобрений на фоне известкования имеет двоякое влияние на качественный состав гумуса серой лесной почвы. С одной стороны повышая кислотность и ускоряя выщелачивание обменных оснований приводит к разрушению органо-минеральных связей, способствует вымыванию вновь образованного гумуса, с другой - за счет повышения урожайности с-х культур способствуют привлечению кальция из низлежаших слоев почвы. В наших исследованиях различные дозы минеральных удобрений на фоне известкования по-разному влияли на содержание подвижных гуминовых кислот. При внесении одинарной дозы минеральных удобрений их содержание в среднем составляло 13,6% от общего содержания углерода в пахотном слое почвы. С повышением дозы минеральных удобрений происходило повышение содержания гуминовых кислот первой фракции. Так, при внесении умеренной дозы минеральных удобрений на фоне известкования полной дозой по гидролитической кислотности их содержание колебалось в пределах 13,9-14,2%, а при внесении повышенной дозы достигало 15,9% от общего содержания углерода.

Подобные изменения происходят и в подпахотном слое почвы (табл.2), где в контрольном варианте содержание подвижных гуминовых кислот составляло 14,4-14,9% от C_общ. При минеральной системе удобрения их содержание было ниже, чем на контроле на 24% и колебалось в пределах 10,9-11,2% от C_общ, что обусловлено увеличением содержания обменного кальция до 5,1-5,4 мг-экв/100 г почвы.

Таблица 2. Влияние известкования на содержание подвижных гуминовых кислот в серой лесной почве при разных системах удобрения, 20-40 см

С повышением дозы минеральных удобрений на фоне проведения химической мелиорации в слое 20-40 см происходило снижение содержания гуминовых кислот первой фракции. Так, в варианте, где вносили одинарную дозу минеральных удобрений на фоне известкования полной дозой по гидролитической кислотности, содержание подвижных гуминовых кислот составляло 9,1-9,6% от C_общ, тогда как при применении умеренной и повышенной доз минеральных удобрений их содержание в среднем за годы исследований составляло 9,1 и 8,7% от общего содержания углерода в почве. Это связано с тем, что при повышении доз минеральных удобрений происходит выщелачивание обменного кальция из пахотного слоя и перемещение его в низлежащие слои почвы. Соответственно, с ростом содержания обменного кальция содержание подвижных гуминовых кислот в слое 20-40 см снижается.